ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟΥΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΕΣ ΜΑΘΗΜΑ 4 ο ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΤΗΣ ΜΝΗΜΗΣ ΠΕΡΙΦΕΡΕΙΑΚΗ ΜΝΗΜΗ ΧΕΙΜΩΝΑΣ 2009 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟΥΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΕΣ 1
Γενική οργάνωση του υπολογιστή Ο καταχωρητής δεδομένων της μνήμης (memory data register - MDR) χρησιμοποιείται για την προσωρινή αποθήκευση των δεδομένων που διαβάζονται ή γράφονται στη μνήμη. Επειδή χρησιμοποιείται για τη μεταφορά δεδομένων, ο MDR έχει ίδιο μέγεθος με τη λέξη του υπολογιστή. Ο καταχωρητής διευθύνσεων της μνήμης (memory address register - MAR) κρατά τη διεύθυνση της λέξης που πρόκειται να διαβαστεί από τη μνήμη ή να γραφεί σε αυτή. Επειδή χρησιμοποιείται για την αποθήκευση διευθύνσεων, το μέγεθος του MAR είναι τέτοιο ώστε να κωδικοποιήσει οποιαδήποτε διεύθυνση. ΧΕΙΜΩΝΑΣ 2009 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟΥΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΕΣ 2
Επεξεργαστής ΧΕΙΜΩΝΑΣ 2009 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟΥΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΕΣ 3
Διαδικασία εκτέλεσης εντολών Φάση ανάκλησης 1.Η διεύθυνση εντολής που περιέχεται στο μετρητή προγράμματος PC μεταφέρεται στον καταχωρητή διευθύνσεων μνήμης MAR της μονάδας μνήμης. 2.Ενεργοποιείται η λειτουργία ανάγνωσης της μονάδας μνήμης. 3.Το περιεχόμενο της θέσης που υποδεικνύει ο MAR, δηλαδή η εντολή, μεταφέρεται στον καταχωρητή δεδομένων μνήμης MDR. 4.Από εκεί, η εντολή μεταφέρεται στον καταχωρητή εντολών IR της μονάδας ελέγχου. Φάση εκτέλεσης Η εντολή που βρίσκεται στον καταχωρητή εντολών IR αποκωδικοποιείται και αναλύεται σε επί μέρους στοιχειώδεις λειτουργίες. Η μονάδα ελέγχου στέλνει τότε στις υπόλοιπες μονάδες τα κατάλληλα σήματα για την εκτέλεση των λειτουργιών αυτών με την κατάλληλη σειρά. Η ολοκλήρωση σημαίνει και εκτέλεση της ίδιας της εντολής. ΧΕΙΜΩΝΑΣ 2009 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟΥΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΕΣ 4
Επεξεργαστής ΧΕΙΜΩΝΑΣ 2009 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟΥΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΕΣ 5
ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΚΥΡΙΑΣ ΜΝΗΜΗΣ Η Κύρια Μνήμη ΚΜ είναι πλήρως ηλεκτρονική και για αυτό πολύ γρήγορη, αξιόπιστη και άμεσα προσπελάσιμη. Στην ΚΜ καταχωρούνται οι εντολές των προγραμμάτων αλλά και τα δεδομένα που αυτά χειρίζονται. Τα στοιχεία αυτά εντοπίζονται σε θέσεις μνήμης που κάθε μια τους χαρακτηρίζεται από τη διεύθυνσή της. Το περιεχόμενο της θέσης, που είναι κωδικοποιημένο σε δυαδική μορφή, μπορεί να μεταφέρεται και να τροποποιείται. Μπορεί να αξιοποιηθεί οποιαδήποτε θέση μνήμης αρκεί να χρησιμοποιηθεί η διεύθυνσή της. Αυτό σημαίνει ότι είναι άμεσα προσπελάσιμη για αυτό λέγεται και RAM. ΧΕΙΜΩΝΑΣ 2009 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟΥΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΕΣ 6
Η ΣΥΝΘΕΣΗ ΤΗΣ ΜΝΗΜΗΣ Κάθε θέση μνήμης αποτελείται από ομάδα bytes που λέγεται λέξη (word) και είναι χαρακτηριστική του υπολογιστή. Το κύκλωμα της μνήμης επικοινωνεί με τα υπόλοιπα εξαρτήματα του υπολογιστή με : 1. k γραμμέςδιεύθυνσηςα k-1 Α 0 2. n γραμμές δεδομένων D n-1 D 0 3. Γραμμή ενεργοποίησης εγγραφής WR 4. Γραμμή ενεργοποίησης ανάγνωσης RD Ο Intel έχει 32 γραμμές διεύθυνσης. Άρα χειρίζεται μνήμη 4 Gb ΧΕΙΜΩΝΑΣ 2009 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟΥΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΕΣ 7
ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΜΝΗΜΗΣ Για δημιουργία και την οργάνωση της ΚΜ χρησιμοποιείται η έννοια της ψηφίδας. Οι ψηφίδες χαρακτηρίζονται από τις διαστάσεις τους δηλαδή το πλήθος των λέξεων πολλαπλασιασμένο με το μέγεθος σε bits της κάθε λέξης. Π.χ. 1024 λέξεις x 8 bits Η συνολική μνήμη δομείται από διασύνδεση τέτοιων ψηφίδων. Στην προηγούμενη εικόνα με 11 γραμμές διεύθυνσης μπορεί να προσπελασθεί μνήμη 2 11 = 2048 λέξεων των 8 bits ηκάθεμια. Αν διατίθενται ψηφίδες μνήμης RAM μεγέθους 256x8 bits και ROM 512x4 bits και η μνήμη ισοκατανέμεται σε 1024 τότε απαιτούνται : για τη RAM 1024 : 256 = 4 ψηφίδες ενώ για τη ROM 1024 : 512 = 2 ζευγάρια ψηφίδων. ΧΕΙΜΩΝΑΣ 2009 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟΥΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΕΣ 8
Ο ΧΑΡΤΗΣ ΔΙΕΥΘΥΝΣΕΩΝ Η διεύθυνση μνήμης 777 ανήκει στην 4 η ψηφίδα RAM 3 στην εσωτερική θέση 777-768 = 9. Η δε 1548 ανήκει στην 6 η ψηφίδα στο ζευγάρι ROM 2,3 στην εσωτερική θέση 1548-1536=12 ΧΕΙΜΩΝΑΣ 2009 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟΥΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΕΣ 9
Ενεργοποίηση ψηφίδας Για να ενεργοποιηθεί η ψηφίδα κατάλληλα χρησιμοποιείται η γραμμή επιλογής ψηφίδας CS (Chip Select). Στο παράδειγμά μας, με τις 11 γραμμές διεύθυνσης, οι γραμμές Α 0 -Α 8 χρησιμοποιούνται για την επιλογή ψηφίδας στην RAM ενώ στην ROM οι Α 10 -Α 9 Τα δεδομένα εξάγονται στις 8 γραμμές D 7 - D 0 για την RAM ενώ για την ROM που είναι 4 bits στις D 3 -D 0 D 7 -D 4 εναλλάξ. ΧΕΙΜΩΝΑΣ 2009 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟΥΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΕΣ 10
ΤΟΠΙΚΟΤΗΤΑ ΑΝΑΦΟΡΑΣ - ΔΙΑΦΥΛΛΩΣΗ Οι εντολές των προγραμμάτων συνήθως αποθηκεύονται σε γειτονικές θέσεις μνήμης. Έτσι η ΚΜΕ όταν εκτελεί εντολή η αμέσως επόμενή της θα βρίσκεται με πολύ μεγάλη πιθανότητα σε γειτονική θέση μνήμης. Το ίδιο συμβαίνει και στα δεδομένα όπως φαίνεται στο σχήμα. Το χαρακτηριστικό αυτό λέγεται τοπικότητα αναφοράς και το εκμεταλλεύεται η ΚΜΕ διαβάζοντας και διατηρώντας μεγαλύτερο ποσό πληροφορίας από ότι άμεσα χρειάζεται. Όταν οι γειτονικές θέσεις μνήμης αναφέρονται σε διαφορετικές ψηφίδες τότε έχουμε την διαφύλλωση. Διαφύλλωση κ-δρόμων είναι αυτή που χρησιμοποιεί κ ψηφίδες μνήμης. Οι κ συνεχόμενες θέσεις μνήμης αποθηκεύονται σε κ διαφορετικές ψηφίδες. ΧΕΙΜΩΝΑΣ 2009 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟΥΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΕΣ 11
ΛΑΝΘΑΝΟΥΣΑ ΜΝΗΜΗ Η λανθάνουσα μνήμη ΛΜ είναι συνήθως στατική μνήμη με μεγάλη ταχύτητα προσπέλασης. Χρησιμοποιείται για την αντιγραφή μέρους της ΚΜ αξιοποιώντας την τοπικότητα αναφοράς. Είναι οργανωμένη σε γραμμές και κάθε γραμμή έχει καθορισμένο αριθμό π.χ. 16 λέξεων όπου καταγράφονται αντίγραφα γειτονικών θέσεων της ΚΜ. Όταν διαβάζεται από την ΚΜ η θέση 65 τότε στην ΛΜ καταγράφεται όλη η περιοχή από τη θέση 64-77. Η επόμενη μη καταχωρημένη θέση καταγράφεται στην επόμενη γραμμή και ούτω καθεξής Αν προκύψει νέα ομάδα και δεν υπάρχει ελεύθερη γραμμή της ΛΜ τότε αντικαθίσταται κάποια από τις κατειλημμένες. Πολυεπίπεδη ΛΜ L 1 & L 2 ΧΕΙΜΩΝΑΣ 2009 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟΥΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΕΣ 12